基于大數據的發電廠生產管理實時考核系統

雷濤

摘 ?要：運行人員的控盤水平、檢修人員的檢修和維護水平、專工的業務能力對電廠經濟性和設備安全性有著重要影響，對運行、生產指標進行實時監控和考核變得尤為重要， 該文從如何強化火電廠生產管理，以量化管理思想為核心，以實時數據為基礎，對電廠專工、運行人員、檢修人員的日常工作質量、數量、時間進行量化，再客觀的進行考核、評價，激勵專工、運行人員、檢修人員，保證監盤、操控、調整的質量，提高設備檢修和維護水平以及加強專工的業務能力。

關鍵詞：發電廠;生產管理;量化管理;實時監督;實時考核

中圖分類號：TP319 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

0 引言

火電廠實時監督和考核系統，通過采集火電廠實時數據并利用大數據技術進行存儲和計算，由管理人員對機組的關鍵指標進行量化、統計，以此考核、評價專工、運行人員的工作，系統實時進行統計并自動匯總和實時考核，考核結果的真實性和準確性得以保證，具有實時、自動、公開、公平、公正、運行穩定可靠、安全、通用性強等特點。目前系統已投入實際生產工作中，在運行過程中不斷地完善和提高，加強了火電廠的精細化管理水平，提高了機組運行經濟性和設備安全性。

1 系統設計原則

1.1 生產管理實時考核系統的穩定性

建立一套集團級的生產管理實時考核的系統，用于對關鍵指標進行量化評價、統計分析、閉環考核，以此來提高生產運行水平。系統使用的數據源自集團下的各個發電企業設備的控制系統。采集頻率為秒級，甚至部分關鍵測點達到毫秒級。集團側綜合測點數量達到數十萬，每日數據吞吐量達到GB級別。因此，系統的運行平穩、運算準確是十分重要的，也是系統的核心功能之一。為了保證數據的存儲、處理、分析能力，系統基于大數據理念進行搭建，采用Hadoop技術進行數據的存儲、基于Yarn技術的存儲訪問機制以及Apache Spark技術對數據進行并行處理。

1.2 生產管理實時考核系統的安全性

由于生產數據是由下至上采集，底層設備與控制系統直接相連，任何有意或者無意的操作均有導致非停的風險。因此系統安全性是系統設計原則的重中之重，系統安全性設計的原則以主管部門國家電監會5號令提出的《電力二次系統安全防護規定》為基礎。部署與控制區的控制系統與非控制區的采集接口機的邊界處須布置防火墻，實現基于MAC、IP、傳輸協議、傳輸端口以及通信方向的綜合過濾與訪問控制。多個部署在非控制區的采集接口機與部署在管理信息大區的匯聚服務器通過正向隔離裝置進行物理隔離，實現非網絡方式的安全的數據單向交換。

系統的Web安全主要體現在定期進行專業的安全評估，針對安全評估結果進行專業安全的整改和加固。建立完善的、有效的安全管理制度，對日常使用和維護進行規范管理。建立完善的、有效的應急響應預案和流程，定期進行演練，發現異常狀況及時處理和恢復，避免網站業務中斷造成損失。定期對相關技術人員、管理人員、使用人員進行安全培訓，提高安全技術能力和實操能力。

1.3 生產管理實時考核系統的擴展性

系統預留豐富的接口，支持后續接入其他發電企業數據，為后續業務接入提供無痕升級。同時，為其他系統供給數據也預留了相應的接口。

2 系統架構

系統數據流是基于大數據技術，主要由數據來源層、存儲計算層、數據分析層、數據表現層構成。數據來源層的主要構成有結構化數據、非結構化數據以及實時數據。結構化數據主要包括平臺的配置數據、系統的維護數據和ERP/SIS/MIS的抽取數據以及手工錄入數據等。非結構化數據主要包括現場的圖像數據、文件的掃描數據等，該文并不涉及非結構化數據。實時數據為該系統的基礎數據，均來自現場DCS、NCS、EMCS、SCADA、TCS等控制系統，數據從發電企業現場采集，經過隔離裝置通過專用光纖網絡發送至集團本部進行存儲和使用。數據的存儲是系統運行的基本條件，存儲采用分布式文件存儲系統，基于Hadoop和Yarn技術對采集的數據以及Spark計算所得結果數據進行存儲和管理。輔以大數據技術的Storm、Hive、MapReduce等工具構成存儲計算層。數據分析層、表現層對數據進行可視化處理，將抽象的數據在Web頁面內展示，實現使用者與系統的有好交互，實現人機對話功能。

3 系統總體功能

火電廠實時監督和考核系統主要由以下4個部分組成：數據采集單元、數據存儲處理單元、技術監督系統、實時考核子系統，系統的整體結構如圖1所示。

（1）數據采集單元。數據采集單元由分布在火電廠的數據采集裝置組成，采集到的實時數據經過傳輸，轉換，存儲到數據存儲處理單元。采集單元采集DCS系統、廠用電、脫硫脫硝、輔控、化水、關口表等系統的指標數據。當采集到實時數據后，穿越單向隔離器并通過專用網絡將實時數據傳輸至集團數據中心，既保證數據的安全性又減少數據傳輸過程，提高數據傳輸速度。

（2）數據存儲處理單元。數據存儲處理單元基于高速實時數據庫技術，數據存儲模塊負責存儲系統數據以及數據處理結果。數據處理模塊是在采集的海量基礎數據之上，滿足需求側管理功能進行的數據計算，加工等二次處理，象基本報警、同比、環比、峰谷平值、不平衡度等。數據處理實時進行，一旦檢測到數據超過預置條件，立即觸發報警。數據處理模塊提供的報表可按照用戶的自定義條件定時生成。

（3）技術監督系統。技術監督系統是整個系統與用戶的人機交互界面，是系統功能的最終體現。技術監督系統基于B/S架構，用戶無須安裝任何軟件，包括瀏覽器插件，系統支持智能手機，平板電腦訪問。技術監督系統有嚴格的授權機制，任何未經授權的訪問將被拒絕。

（4）實時考核子系統。實時考核子系統自動對參數超限、事件、定期工作未按時完成、運行指標考核等進行匯總統計，統計結果將作為考核的相關依據，用戶可隨時在線查看考核明細。

（5）參數超限考核。對鍋爐金屬壁溫累計超過額定值、環保排放參數超標、主再熱汽溫度超過額定值、其他參數進行實時監督和考核，督促責任主體對參數超限情況進行快速響應，加強對設備的管理和維護，確保機組的安全運行，鍋爐金屬壁溫累計超過額定值8 ℃～20 ℃（含20 ℃），每個點累計（持續）超過15 min（每15 min）扣除1分，依此類推;超過額定值20 ℃～35 ℃（含35 ℃），每個點累計（持續）超過10 min（每10 min）扣除2分，依此類推;超過額定值35 ℃每個點持續超過1 min（每1 min），每個點扣除3分。

（6）事件考核。對故障停機、機組出力迫降、6 kV及以上電機輔機跳閘、高低加、電除塵、精處理、脫硫、脫硝系統退出、其他故障進行實時監督和考核，能夠讓管理人員及時發現現場事故，全面掌握生產現場動態，通過對事故的分析量化責任主體，督促管理人員、運行人員、檢修人員在機組和設備的日常維護和操作中能夠嚴格按照規程辦事。

（7）定期工作未按時完成考核。對定期試驗、設備輪換、設備定檢、報表報送進行監督和實時考核，加強了對日常生產管理工作的監督力度，使定期工作能夠按時、保質保量的完成，確保機組的安全穩定運行。

（8）運行指標考核。將指標實時值與目標值進行對比，根據考核規則進行相應的加減分，加分上限為單位得分，減分上限為單位得分，鍋爐指標月度得分=各指標月度得分均值之和。對指標得分設定為一個區間范圍，計算全廠得分時，進行加權平均（機組指標得分×機組占分權重），系統每月、每季度統計一次得分排名，指標分為機組指標和全廠指標，其中鍋爐指標18項，汽機指標14項、全廠指標中環保指標3項，綜合指標4項，設備性能指標18項。

4 系統特點和效果

4.1 生產管理實時考核系統的特點

（1）數據全、計算快、信息準：大數據相比傳統方法在計算準確性和計算速度方面存在獨到的優勢。（2）真正的實時考核：在機組運行的同時，實時進行指標考核及分析統計，將考核結果實時顯示并作用于生產運行，使考核與運行管理真正同步。（3）在線考核：對考核的模型、配置等重新構置工作，可以在考核進行的同時在線完成而不需要暫停或停止考核，實現不間斷考核。（4）優化指導，有效激勵：為運行人員提供機組的優化運行參數和運行方式;實時顯示機組運行狀態對個人收入的影響，直接激勵運行人員時刻做到精心調整、細心操作，從而保證機組操作優化指導的執行力。（5）應用擴展方便：系統使用模塊化結構設計，將業務邏輯做成獨立構件，能方便地外掛功能模塊，能夠獨立使用，也可整合到現有系統，作為一個功能模塊使用。（6）開放的數據接口 ：采用標準數據接口程序設計，能夠從DCS、SIS系統等獲取數據進行考核。

4.2 生產管理實時考核系統的效果

（1）實現了考核管理標準化、自動化、過程透明化、結果公開化。（2）機組運行的安全性和經濟性顯著提高，不斷刷新安全生產長周期的時間記錄。（3）由于生產管理實時考核系統的投入，使發電機組各項主要指標的調控更加合理，某電廠#1機組的供電煤耗由2015年的330 g/kWh逐年下降至310 g/kWh，為電廠帶來了巨大的經濟效益。

5 結語

通過系統的長時間運行，運行人員、檢修人員、專工能夠自覺加強自我管理，具有很強的執行力，通過系統的建設，使各項考核制度規范化、標準化，實現以差距查管理，以管理促提高的有效模式，考核結果的真實性和準確性得到切實保證，建立了完善的考核管理體系，落實了監督責任，加強了企業對生產設備的監督力度，提高了企業生產設備的安全性和可靠性，發電機組各項主要指標調控更加合理，供電煤耗逐年下降，提升了企業生產管理工作的效率和水平，實現了企業管理和效益的雙提升。

參考文獻

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